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Flammenlose Explosionsdruckentlastung Flammenlose Explosionsdruckentlastung leicht gemacht

Autor / Redakteur: Peter Reitinger / Sabine Mühlenkamp

Ein neues, nach EN 16009:2011 zugelassenes System zur flammenlosen Explosionsdruckentlastung setzt Maßstäbe. Eine integrierte Berstklappe und ein Gehäuse mit neuartigem Strömungskonzept sind nur zwei Neuerungen, die nicht nur zur besseren Handhabbarkeit beitragen, sondern vor allem durch Wirtschaftlichkeit überzeugen.

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Da kein Verletzungs- oder Schadensrisiko für Personen und Gebäude besteht, kann das Schutzsystem unter Einhaltung eines Sicherheitsabstandes von unter einem Meter in Gebäuden oder im Freien montiert werden.
Da kein Verletzungs- oder Schadensrisiko für Personen und Gebäude besteht, kann das Schutzsystem unter Einhaltung eines Sicherheitsabstandes von unter einem Meter in Gebäuden oder im Freien montiert werden.
(Bild: Rexotec)

Die Herausforderung, vor der alle flammenlosen Explosionsdruckentlastungs-Systeme stehen, lautet letzten Endes: Wie wirke ich auf die bei einer Explosion plötzlich freiwerdende Energie (Druck, Flamme) so ein, dass sie in der Umgebung der zu schützenden Anlage keine Personen- oder Sachschäden anrichten kann? Und wie stelle ich sicher, dass keine Flamme nach außen dringt?

Bisher eingesetzte Schutzvorrichtungen bestehen in der Regel aus einem über der Entlastungsöffnung angebrachten Gehäuse, in dem Schäume, Gitter oder Lamellen aus Metall oder Keramik die Druckenergie absorbieren und Flammen zum Erlöschen bringen, bevor sie nach außen treten. Für die Wirkung ist der Weg entscheidend, den Druckwelle und Flamme durch die Schaum-, Gitter- oder Lamellenstruktur zurücklegen, sowie die Größe der Öffnungen oder Spalte in dieser Struktur. Dabei gilt: Je länger der Weg und je enger die Spalte, desto geringer ist der Wirkungsgrad, also die Entlastungsfähigkeit. Außerdem: Je mehr Energie an die Metall- bzw. Keramikstrukturen abgegeben wird, desto höher steigt die Oberflächentemperatur des Gehäuses. Je nach Material kann sie mehrere hundert Grad Celsius betragen.

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Im Fokus der Entwicklungstätigkeit standen die wichtigsten Herausforderungen, die sich im praktischen Anlagenbetrieb stellen:

An den offenporigen Außenflächen konventioneller Gehäuse bilden sich leicht Staubablagerungen. Die aus Sicherheitsgründen vorgeschriebene Reinigung der Oberflächen kann an unzugänglichen Stellen problematisch werden, was bei der Planung von Anlagen im Inneren von Gebäuden oft unterschätzt wird. Heiße austretende Gase können, besonders wenn Staubablagerungen in der Umgebung der Anlage aufgewirbelt werden, sekundäre Explosionen auslösen, die unter Umständen weit heftiger sind als die ursprüngliche Explosion. Wegen der Verletzungsgefahr für Personen müssen Sicherheitsabstände eingehalten werden. Die engen Spalten können sich mit feinem Staub zusetzen und verkleben, was die Wirkung des Schutzsystems beeinträchtigt bzw. ganz aufhebt. Dann muss die Vorrichtung entweder gereinigt oder ausgetauscht werden.

Schneller Wechsel

Um diese Probleme zu lösen, entwickelte Rexotec das Konzept Scubex No. 5. Im Prinzip handelt es sich dabei um ein flammenundurchlässiges Gehäuse mit einer integrierten Berstklappe als Entlastungselement.

Die wiederverschließbare Berstklappe ist in eine so genannte Berstkassette eingebaut. Darunter ist eine Wechseleinrichtung mit EG-Baumusterzulassung zu verstehen, die außerdem die Initiatoren enthält, die ein Öffnen der Berstklappe anzeigen und in das bestehende Leitsystem der Anlage eingebunden werden können. Nach einer Explosion lässt sich die komplette Einheit, ähnlich wie eine Schublade, mit wenigen Handgriffen aus dem Gehäuse herausziehen und wieder einschieben. Nach dem Austausch der Berstkassette ist das Gesamtsystem wieder staubdicht verschlossen. Ein Abbau der gesamten Vorrichtung ist zum Wechsel der Berstkassette nicht erforderlich, sodass aufwändige Montagearbeiten und teure Stillstände entfallen.

Neben der Standard-Version wurde auch eine (ebenfalls zugelassene) „Proactive“-Version der Berstkassette entwickelt. Sie enthält ein spezielles Löschmittel, das mit der Explosion freigegeben wird, aufwirbelt und die Flamme im Innenraum des Gehäuses sofort selbsttätig, also proaktiv, zum Erlöschen bringt. Der Einsatz dieses Systems ist für Materialien vorgesehen, die hohe Temperaturen und ein schlechtes Löschverhalten aufweisen wie z.B. Metallstäube.

Aufgrund der strömungsoptimierten Konstruktion und des isolierenden Aufbaus des Gehäuses, das extreme Festigkeitswerte aufweist, wird die Außenfläche des Gehäuses bei einer Explosion nicht heißer als 40 °C. Wie mithilfe der Infrarot-Technologie zu sehen ist, bewegt sich auch die Temperatur der ausströmenden Verbrennungsgase im unkritischen Bereich .

Ein weiteres Novum ist die fünfseitig geschlossene Außenwand, die verhindert, dass Druckwelle und Verbrennungsgase sich in alle Richtungen ausbreiten. Sie treten ausschließlich in Richtung der Montageebene, d.h. zum geschützten Behälter hin aus. Um Spekulationen entgegenzutreten: Bei der Außenhülle handelt es sich nicht um eine Haube, die dem eigentlichen Gerät einfach übergestülpt wurde, sondern um einen in das neuartige Strömungskonzept eingebundenen integralen Bestandteil des Gesamtsystems.

Diese Merkmale zusammen bedeuten einen erheblichen Zuwachs an Sicherheit. Da kein Verletzungs- oder Schadensrisiko für Personen und umstehende Anlagenteile bzw. Gebäude besteht, kann das Schutzsystem unter Einhaltung eines Sicherheitsabstandes von unter einem Meter in Gebäuden oder im Freien montiert werden.

Hohe Wirtschaftlichkeit

Schon bei den Anschaffungskosten schneidet der Scubex No. 5 im Verhältnis zu herkömmlichen Vorrichtungen zur flammenlosen Explosionsdruckentlastung sehr gut ab. Über die gesamte Nutzungsdauer erhöht sich dieser Vorteil noch erheblich und wird umso größer, je länger das Gerät im Einsatz ist. Die Ersatz-Berstklappen kosten nur einen Bruchteil von dem, was die Verschleißteile anderer Systeme kosten. Vergleicht man das mit den Ausgaben, die Anlagenbetreibern beispielsweise durch Berstscheiben entstehen, die nach jedem Ansprechen ausgetauscht werden müssen, so werden die Einsparmöglichkeiten überdeutlich.

Ausblick: Insgesamt stellt die neue flammenlose Druckentlastungsvorrichtung Scubex No. 5 eine für viele Anlagenbetreiber attraktive Alternative zu vorhandenen Schutzsystemen dar, sowohl hinsichtlich der Betriebssicherheit als auch im Hinblick auf Anwendungsfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit. Neben der Entwicklung optimierter Produkte bietet Rexotec bei der Planung von Explosionsschutzmaßnahmen eine fundierte Beratung und individuell zugeschnittene Auslegung des Sicherheitskonzepts. Für die Anwendung in Bereichen, in denen Wärmeverluste vermieden werden sollen, ist bereits eine weitere Neuentwicklung in Arbeit – eine wiederverschließbare Thermoklappe. 

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